天冬氨酸

天冬氨酸（Aspartic acid，简称Asp），又称为天门冬氨酸，是一种α-氨基酸，是20种蛋白质氨基酸之一，也是蛋白质的构造单位之一。。其密码子为GAU和GAC。作为酸性氨基酸，天冬氨酸属于人体内非必需氨基酸。天冬氨酸也是天冬胺、赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸合成的前体物质。对于蛋白质合成、代谢调节和生理功能至关重要。天冬氨酸在人体内也发挥着重要的生理作用，参与能量代谢、刺激尿素循环、神经传导等多个方面。

1960年日本科学家首次使用大肠杆菌作为酶源转化含有高浓度反丁烯二酸为天冬氨酸，而1973年开始采用固定化菌体连续生产L-天冬氨酸，这一技术随后不断改进，使用卡拉胶固定化的菌体大幅提高酶活性和稳定性，实现了工业化生产的连续化并具有诸多优点。生产天冬氨酸的工业方法主要包括化学合成法和微生物发酵法，其中微生物发酵法是主要的生产方法。

天冬氨酸在医药领域可用于氨基酸输液、肝功能和氨解毒治疗，以及生产维生素B和抗肿瘤药物，天冬氨酸也可作为钾、柠檬酸镁的一种运输工具或载体，给心肌输送钾、镁离子，维持肌肉的收缩能力，在食品工业中用作添加剂、调味剂和甜味剂原料，例如阿斯巴甜等；同时在化工中可用于合成环境友好型聚天冬氨酸和其他化合物。天冬氨酸在蛋白质食物中含量高，尤其在植物蛋白和发芽种子中含量最为丰富，例如鳄梨和麦芽，被美国FDA列为GRAS物质，可在食品中使用。然而，高剂量的天冬氨酸对中枢神经系统和生殖功能有毒性影响，但口服剂量较低可能不会产生毒副作用。

理化性质

物理性质

天冬氨酸的化学名称为α- 氨基丁二酸或氨基琥珀酸，含有两个羧基和一个氨基，为酸性氨基酸。其密码子为GAU和GAC。天冬氨酸溶于酸、碱，不溶于乙醇。20℃下，1克天冬氨酸可以溶解在222.2毫升的水中。天冬氨酸是小分子物质，相对分子质量为133.10g/ 摩尔，按光学活性可分为L型（左旋）、D型（右旋）和DL型（消旋）三种构型。天冬氨酸在碱性溶液中为左旋性，在酸性溶液中为右旋性。在生物体内，通常存在的是L-天冬氨酸。天门冬氨酸是天冬酰胺、赖氨酸、 Thr 和甲硫氨酸合成的前体物质。

化学性质

天冬氨酸是典型的α-氨基酸，具有下列典型的氨基酸化学反应特性。

与甲醛反应

在常温条件下，加入甲醛水溶液后，氨基酸的氨基与甲醛反应，氨基酸生成二甲基氨基酸，从而使其碱性消失，同时氨基酸的羧基游离出来。可以用氢氧化钠标准溶液来滴定氨基酸的羧基，通过氨基酸的羧基与氨基比值近似原理来测定氨基酸态氮的含量。

与水合印三酮反应

α-氨基酸（含游离氨基）与水合印三一起加热，可生成蓝紫色物质，而 L-脯氨酸（无游离氨基）与水合印三酮一起加热，则生成黄色物质。该反应很灵敏，常用于氨基酸的定性测定。

成肽反应

一个α-氨基酸分子中的α-羧基与另一个α-氨基酸分子中的α-氨基脱水缩合，形成的化合物称为肽，该反应称为成肽反应。

生理作用

参与能量产生

天冬氨酸在整个身体中高度集中，是一种能量氨基酸，对触发人体两种重要的代谢途径，即克雷布斯循环 ( KrebsCycles ) 和尿素循环 ( UreaCycles ) ，起着关键作用。在克雷布斯循环中，糖类被分解产生能量，而天冬氨酸有助于在线粒体中运输能量的激活过程。线粒体也被称为“ 细胞的动力室”，是几乎所有生物体细胞中的细胞器，其中包含负责将食物转化为可用能量的酶。此外，天冬氨酸也有助于促进镁和钾等矿物质穿过肠壁，进入血液和细胞，并且它能与这些矿物质结合形成盐，如天冬氨酸镁和天冬氨酸钾，以提高肌肉中的能量。

刺激尿素循环

天冬氨酸有助于刺激尿素循环，其原因在于它能够促进一个关键酶的产生，即氨甲酰磷酸酶（Carbamyl 磷酸盐，CP）。这种酶有助于代谢蛋白质产生的废物，执行解毒功能，并形成尿素。此外，天冬氨酸还有助于清除体内的多余氨和氮。

神经传导

天冬氨酸是一种主要的应激性神经递质，特别在海马和丘脑中高度集中。它在大脑中扮演着重要的角色，被认为对于脑能量代谢也具有影响。小剂量的天冬氨酸和谷氨酸一样，可以激发神经细胞，而高剂量则可能导致细胞损伤或死亡。当天冬氨酸引发神经递质的级联活动时，可能进一步导致细胞损伤，这被认为是脑卒中的原因之一。

吸收及代谢

天冬氨酸有L型和D型两种形式，膳食蛋白质中，是L型( 即左旋 )天冬氨酸。天冬氨酸和谷氨酸在大脑、皮层和脊髓中相互竞争吸收。竞争吸收功能是氨基酸代谢病调节身体的方法之一。天冬氨酸的摄取在受损的大脑中降低。天冬氨酸像其他的应激性神经递质一样，它的水平在抑郁症患者的血液中是降低的。天冬氨酸钙是易溶于水的中性钙盐，口服吸收好，在肠内被吸收后，自血液输钙至人体的各个组织。

天冬氨酸不是一种人体必需氨基酸，可以从有足够存储的谷氨酸中产生。天冬氨酸可能在一定的组织中，当受到压力或外伤状态下会暂时出现枯竭，但是因为机体自身能够产生天冬氨酸，所以缺乏天冬氨酸的状态不是经常发生的。天冬氨酸是在肝脏中由谷氨酸合成的，并且依赖于辅因子吡哆醇 ( 维生素B6 )帮助转化。

其他作用

天冬氨酸有助于产生嘧啶类物质，而类是构成脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的重要组成部分，这两者是遗传信息的主要携带者。天冬氨酸还有助于免疫球蛋白和抗体的生成（免疫系统的蛋白质）。

应用

医药

改善心肌收缩功能

天冬氨酸对细胞有很强的亲和力，可作为钾、镁盐的一种运输工具或载体，给心肌输送钾、镁离子，维持肌肉的收缩能力，改善心肌收缩功能，可降低氧消耗，使缺氧状态下仍能维持和改善心肌收缩。由冠状动脉循环障碍引起缺氧时，对心肌有保护作用。

增强肝功能

天冬氨酸在体内三羧酸循环、鸟氨酸循环和核酸的合成中都起着重要作用。在鸟氨酸循环中促使人体代谢中产生的氨和二氧化碳生成尿素，能降低血液中的氨和二氧化碳的含量增强肝功能，消除疲劳。

天冬氨酸钾镁盐临床应用于治疗急性黄疸型病毒性肝炎，疗效十分肯定，退黄疸效果最佳。对特殊类型的肝炎如妊娠或婴儿病毒性肝炎，具有更好的效果，不仅可退黄，改善肝功能，而且对早孕反应、小儿恶心、呕吐、电解质紊乱、其他胃肠症状等都有疗效，对胎儿和孕妇无不良影响。

其他

天冬氨酸对毛地黄等强心类药物中毒引起的心律失常有良好的疗效，并能缓解中毒症状，如恶心和呕吐；治疗肝胆分泌不良、高氨血症、低钾血症、妊娠中毒和眼睛疲劳等。

此外，天冬氨酸钾可以用于手术前后因用降压利尿药、体激素、胰岛素时出现的各种低钾症状，各种心脏病以及周期性手足麻痹、肌无力等先天性钾代谢障碍。天冬氨酸钙可以用于钙缺乏症、钙代谢障碍、孕妇以及出血的预防和治疗；亦用于脑动脉硬化引起的精神紊乱、创伤后的癫痫、早老性精神病急性期结核性脑膜炎及其后遗症、急性期脑蛛网膜炎和脊髓灰质炎等。

食品工业

在食品工业中，将天冬氨酸转变为酸酐，然后与 L-苯丙氨酸甲酯缩合可以制备新型甜味剂阿斯巴甜。天冬氨酸盐还可作为食品添加剂和调味剂的原料。

化工

在化工方面，天冬氨酸是合成树脂聚天冬氨酸( PASP )的主要原料。聚天冬氨酸广泛应用于冷却水、锅炉用水处理及脱盐、脱糖回收、逆渗透等过程中的水处理中，特别是在石油生成的油井钻探装置中，PASP是碳酸钙、硫酸和硫酸钙沉淀的抑制剂。聚天冬氨酸类水处理剂因具有优良的生物可降解性和较高的阻垢性能，被认为是一种真正的绿色阻垢剂。

分布情况

天冬氨酸如大多数氨基酸一样，在蛋白质食物中高度集中，在植物蛋白中的含量高，尤其是在发芽种子中天冬氨酸含量最为丰富。天冬氨酸在食物中的含量见下表：

膳食建议

L-天冬氨酸在水溶液中，能和糖反应生成具有特殊香味的物质，具有增味作用。它也有营养强化作用。美国FDA(1994)将L-天冬氨酸列为GRAS物质。按美国FDA(1994)规定，L-天冬氨酸可用于饮料及其他食品，在饮料中使用限量为食品中总蛋白质量的7.0%。

实验表明，高剂量的天冬氨酸对动物的中枢神经系统有不良影响，特别是下丘脑，导致肥胖和生殖功能障碍。在实验中使用的剂量为2~4g/kg体重，相当于70kg体重的成年男性摄入140~280g。这个剂量远高于任何生理或治疗用途。口服剂量高达25~100g的天冬氨酸可能不会对人体产生毒副作用。阿斯巴甜的研究中使用的剂量为34mg/kg体重。这个剂量不足以显著提升血液中的天冬氨酸，因此使用阿斯巴甜是安全的，但苯丙酮酸尿症患者除外。

制备

在大多数生物中，L-天冬氨酸可以通过生物合成催化。在工业生产中，L-天冬氨酸的生产方法有化学合成法和酶合成法。

生物合成法

天冬氨酸的碳 BOBBIN 来源于草酰乙酸。在大多数生物体内，草酰乙酸经谷草转氨酶催化，可以接受L- 谷氨酸的氨基生成L- 天门冬氨酸。天冬氨酸是天冬酰胺、赖氨酸、 Thr 和甲硫氨酸合成的前体物质。天冬氨酸经天冬酰胺合成酶催化，由谷氨酰胺提供氨基生成天冬酰胺。

化学合成法

化学合成法主要以马来酸或富马酸或者它们的为原料，在加压下用氨处理，然后水解，但容易合成得到L型与D型混合的天冬氨酸。

酶合成法

在医药工业中，多用酶合成法生产天冬氨酸，即以延胡索酸和铵盐为原料经天冬酸酶催化生产L-天冬氨酸。纯化一般采用结晶和重结晶法。天冬氨酸的制备工艺过程包括大肠埃希菌 (E.col) AS1.881的培养，细胞固定，生物反应堆的制备，转化反应，以及纯化与精制的步骤。

结构

天冬氨酸，化学名称为α- 氨基丁二酸或氨基琥珀酸，含有两个羧基和1个氨基，为酸性氨基酸，分子式为。天冬氨酸有L和D两种构型，L-天冬氨酸为白色叶状或棒状结晶，溶于水，微溶于乙醇。熔点 269℃-271℃。D-天冬氨酸为固体结晶，溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。

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